变压器低压侧保护分析四篇

2024-05-27

变压器低压侧保护分析篇1

某变电站31.5 MVA变压器，在低压侧线路发生A、C相间短路故障后，线路保护动作，开关拒跳，但变压器低压侧后备保护未动作;随后变压器高压侧后备保护动作跳中压侧开关，此时故障仍未切除;最后高压侧后备保护跳开变压器各侧开关，故障被切除。

现场主接线如图1所示，其中10 k V线路336和328为同杆共架线路。

分析动作经过得知，由于10 kV出线开关故障，变压器后备保护动作前，出线336和328的过流保护先后动作。其中，出线336的动作量值为：Ia=26.296 A,Ib=0.124 A,Ic=27.227 A。出线328的动作量值为：Ia=36.838 A,Ib=0.119A,Ic=38.130 A。且知线路336过流保护动作之后，断路器336拒跳。

现场变压器高压侧CT变比为200/5，变压器低压侧CT变比为2000/5，线路CT变比为400/5，变压器各侧后备保护装置定值如下：

高压侧过流I段定值：5.2 A延时：2 s。

高压侧过流II段定值：5.2 A延时：2.4 s。

低压侧过流I段定值：5.5 A延时：1.3 s。

低压侧过流II段定值：5.5 A延时：1.6 s。

高压侧按额定电压为110 kV，低压侧按额定电压为10.5 kV，可算出高、低压侧额定二次电流分别为4.13 A、4.33 A。高、低压侧后备保护定值分别为1.26倍额定电流和1.27倍额定电流。

高压侧后备保护动作录波参见图2所示。从录波上看到，B、C两相电流同相位，幅值差别不大;A相电流幅值几乎为B、C相的两倍，大于定值，且与B、C反相位。

按照以上故障电流的数据，如按变比来折算，则低压侧A相电流应为

大于定值5.5 A;另外低压侧后备保护延时较高压侧后备保护的短，低压侧后备保护应先动作。但为何出现了上述现象?经查没有发现其他故障存在，高压侧电流为何是上述这样的特征?为此我们进行了分析。

1 变压器低压侧两相短路故障分析

1.1 高、低压侧电流分析

我们首先对变压器低压侧线路的两相短路故障进行分析。

对于变压器低压侧两相短路故障，如CA两相短路，忽略负荷电流，其边界条件为[1]

联立式(1)求解可得[1]

故障相电流大小相等，方向相反。根据对称分量法[1]，可从式(2)解出变压器低压侧各序分量分别为

依据式(3)可以得出变压器低压侧电流相量图如图3所示。可见变压器低压侧A、C相电流为典型故障电流，幅值相当，相位相反;变压器低压侧B相电流为负荷电流，基本可以忽略不计。考虑到实际系统的阻抗不对称，案例中线路保护的动作量值与理论分析完全相符。

其中分别为A、B、C各相正序量，分别为A、B、C各相负序量。

三相变压器，常有一侧接成△，可以有效地削弱三次谐波对变压器的影响，以保证相电势接近于正弦形，从而避免相电势波形畸变的影响[2]。我国国家标准GB1094.1-1996规定常用的联结组有△/△-0、Y/△-1、Y/△-5、△/△-6、Y/△-11。我们以最常用的接线形式Y/Y/△-12-11或Y/△-11的变压器来分析，用标么值表示时高、低两侧的电流关系为[1]

B、C相的高、低两侧的电流关系也相同。依据式(4)可以画出变压器高压侧电流相量图如图4所示。

由图4可见变压器高压侧B、C相电流，幅值相当，相位相同;变压器低压侧A相电流，幅值约为B、C相电流的两倍，相位与B、C相相反[3]。考虑到实际系统中阻抗等的不对称因素，高压侧后备保护动作录波中的电流特征与理论分析相符。

由上述分析，并从文献[4]可知，变压器低压侧相间短路故障时，低压侧后备保护仍可按相间过流处理，但高压侧后备保护却应按单相过流处理。

1.2 高、低压侧后备保护灵敏度对比分析

根据以上分析，将变压器高、低压侧电流以额定值为基准的标么值归算。由图3可见变压器低压侧CA相故障时，低压侧A相电流与正序分量幅值关系为而由图4可见高压侧A相电流与正序分量幅值关系为：

因高、低压侧正序分量标么值相等[2]，两侧A相电流幅值关系为：即变压器低压侧CA相故障时，高压侧A相电流约为低压侧的A相电流的1.15倍。也即如果变压器高、低压侧后备保护按同样的标么值整定，则高压侧的后备保护的灵敏度比低压侧后备保护的灵敏度高1.15倍，主变低压侧相间故障时，可能出现高压侧后备保护动作而低压侧后备保护不动作的现象。

前文介绍该案例变电站变压器高、低压侧后备保护定值分别为1.26倍额定电流和1.27倍额定电流，以额定电流为基准算标么值，高压侧后备保护的定值小于低压侧后备保护的定值。而从动作量值来看，高压侧A相电流为5.7 A左右，标么值为1.38。则低压侧A相电流标么值为1.38/1.15=1.2，没有达到低压侧后备保护定值1.27，此时虽然低压侧后备保护延时较高压侧后备保护的短，但高压侧后备保护动作，低压侧后备保护不动作。故可以得出结论：上述变电站变压器高、低压侧后备保护定值的整定不合适，需调整两侧后备保护定值配合系数。

2 变压器低压侧其他故障情况分析

对于接线形式为Y/Y/△-12-11或Y/△-11的变压器，低压侧为中性点不接地系统，发生单相接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流比负荷电流小得多，而且三相之间的线电压仍然保持对称，对负荷的供电没有影响。因此，通常不配跳闸的接地保护[5]，允许系统再继续运行1～2 h，此时复合电压闭锁过流保护也不会启动。

而发生两相接地故障时，经阻抗Zf、Zg接地时复合序网如图5所示[1,6]。其中分别为特殊相的正、负、零序电流量，分别为特殊相的正、负、零序电压量。

对于接线形式为Y/Y/△-12-11或Y/△-11的变压器，低压侧为△侧，零序回路开路[1]。即图5中的零序回路开路，则复合序网同两相短路故障，分析的结果也同两相短路故障。

发生三相对称故障时，可近似认为系统仍对称，故障电流为对称的正序量，△侧变换到Y侧只是各相都顺时针转过30゜，所以高压侧电流量值仍为对称正序量。标么值表示时，高、低压侧电流幅值相同[1]。

3 变压器后备保护一般的整定原则

电力行业标准DL/T584-2007《3～110 kV电网继电保护装置运行整定规程》第4.2.9.2条规定：单侧电源三个电压等级的变压器电源侧的复合电压闭锁过电流保护作为保护变压器安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护。第4.2.9.2条a项规定：变压器的电源侧复合电压闭锁过流保护的定值应与两个负荷侧的复合电压闭锁过电流保护定值配合整定，配合系数一般取1.05～1.1。

经过前文的分析，采用上述配合系数整定定值，会导致变压器低压侧相间故障时高压侧后备保护动作而低压侧后备保护不动作的现象，使高、低压侧后备保护失去了配合关系。这显然不合适。

4 结论

对于最常用的接线形式为Y/Y/△-12-11或Y/△-11的变压器，变压器低压侧相间短路故障时，低压侧后备保护仍可按相间过流处理，但高压侧后备保护却应按单相过流处理。用标么值表示时高压侧特殊相的电流约为低压侧的故障电流的1.15倍。如果变压器高、低压侧后备保护按同样的标么值整定，则高压侧的后备保护的灵敏度比低压侧后备保护的灵敏度高1.15倍,主变低压侧相间故障时，可能出现高压侧后备保护动作而低压侧后备保护不动作的现象。

各种保护的配合关系值得注意[7,8]。故单侧电源的变压器电源侧的复合电压闭锁过电流保护作为保护变压器安全的最后一级跳闸保护，同时兼作无电源侧母线和出线故障的后备保护时，变压器的电源侧复合电压闭锁过流保护的定值应与负荷侧的复合电压闭锁过电流保护定值配合整定，且配合系数应不小于1.15。

若灵敏度不足时可参考文献[9]对保护配置进行改进，或参考文献[10]重构保护故障检测方式。

摘要：就一例典型的变压器低压侧两相短路故障引起变压器高压侧后备保护先于低压侧后备保护动作的事故案例,分析了变压器低压侧两相短路故障时变压器高、低压侧电流的特性,并结合变压器低压侧其他故障情况,得出变压器高压侧后备保护和低压侧后备保护灵敏度的差异性。发现电力行业标准DL/T584-2007《3110 kV电网继电保护装置运行整定规程》的规定不合适。特此对变压器后备保护整定提出一点建议:高压侧后备保护与低压侧后备保护的定值灵敏度要配合,且配合系数应不小于1.15。该建议有效提高了变压器高、低压侧后备保护的可靠性。

关键词：变压器,后备保护,两相短路故障,保护灵敏度,保护整定

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变压器低压侧保护分析篇2

2011年4月6日22时,某110 kV变电站主变压器(简称主变)T1低压侧10 kV母线由于所带线路A相发生间歇性弧光接地,使得母线电磁式电压互感器(TV)励磁电流突然增大发生饱和,产生严重铁磁谐振过电压[1],引起TV柜相间放电击穿,发生电弧相间短路故障,TV爆炸烧毁。主变T1低压侧后备复压过流保护动作,跳10 kV母联断路器500后,跳主变低压侧断路器501时,主变T1和T2中压侧后备复压过流保护同时动作,跳开35 kV母联断路器300。结合现场故障调查状况及运行维护经验,主变中压侧35 kV母线及线路并未发生故障,主变后备保护动作不应该跳开母联断路器300。此次保护动作是否属于误动,本文就保护动作过程中存在的疑点进行解析。

1 故障前运行方式及故障时现场情况

故障发生前变电站运行方式如图1所示。

110 kV进线Ⅰ断路器111运行,进线Ⅱ断路器112热备用,主变T1、主变T2运行;断路器301、断路器302、母联断路器300运行,35 kV系统无外接电源;断路器501运行,断路器502和母联断路器500热备用;10 kVⅠ母TV运行,Ⅱ母TV冷备用。

故障发生后现场相关保护状态为:主变T1低压侧后备保护装置面板跳闸指示红灯点亮,1 516 ms时复压过流保护Ⅰ段动作跳低压侧母联断路器500 (实际处于热备用状态);1 800 ms时复压过流保护Ⅱ段动作,跳开主变T1低压侧断路器501,10 kV系统失压;主变T1中压侧后备保护装置面板跳闸指示红灯点亮,1 816 ms时复压过流保护Ⅰ段动作,跳开中压侧母联断路器300;主变T2中压侧后备保护装置面板跳闸指示红灯点亮,1 800 ms时复压过流保护Ⅰ段动作,跳开中压侧母联断路器300。

2 越级动作原因分析

中压侧母联断路器300动作跳开,保护误动可能性是否存在,需针对保护动作情况进一步分析。

2.1 故障电流流向及保护动作行为分析

因主变T1和T2高、中压侧并列运行,低压侧TV爆炸后引发低压侧母线相间短路,故障电流分为2路流向故障点,如图2所示。

1)故障电流IⅠ1通过主变T1高压侧后传变至低压侧流向故障点;主变T1低压侧后备保护动作,1 516 ms 时复压过流保护Ⅰ段动作,执行跳低压侧母联断路器500命令(实际母联断路器500处于热备用状态,已在分位);1 800 ms时复压过流保护Ⅱ段动作跳开断路器501,结合故障电流与保护定值比较分析,保护动作正确。

2)故障电流IⅠ2通过主变T2高压侧传变至中压侧,由断路器302流经母联断路器300、断路器301绕回至主变T1中压侧,再由主变T1中压侧传变至低压侧,与故障电流IⅠ1合成故障总电流后流向故障点。若故障时主变T1和T2复压过流条件均满足,则保护动作跳开母联断路器300可以解释。

2.2 模拟计算故障电流并与整定值对比分析

利用整定计算软件分析计算主变T1低压侧相间故障时,10 kV和35 kV系统的电压及主变T1和T2各侧流过的电流,并与整定计算的实际整定值进行比较,如表1和表2所示。

通过对比分析以上数据可以看出:当主变T1低压侧发生相间短路后,流过母联断路器300、主变T1低压侧断路器501的故障电流均大于相关保护电流定值,且中压侧复合电压开放条件满足,加之主变T1和T2中压侧后备保护跳母联断路器300的时间与主变T1跳低压侧断路器501的时间一致,可以看出保护动作跳开母联断路器300、主变T1跳低压侧断路器501的行为正确。

3 解决方案

为避免变压器低压侧相间故障跳开中压侧母联断路器再次出现,现提出以下解决方案。

1)考虑主变保护中、低压侧间的时间配合,适当错开主变低压侧相间故障时,跳开低压侧断路器和中压侧母联断路器的动作时间。

出现此次事故的原因之一为:受上级电源时间限额的影响,主变中压侧后备保护跳母联时间与低压侧后备保护跳本侧断路器时间整定值相同,没有足够的时间级差,未考虑中、低压侧之间的时间配合。主变中压侧过电流保护的电流定值按躲负荷电流整定,经复合电压闭锁,时间定值与本侧出线保护最长动作时间配合,动作后,先跳母联断路器,后跳本侧断路器;低压侧的过电流保护的电流定值按躲负荷电流整定,时间定值与本侧出线保护最长动作时间配合,动作后,先跳母联断路器,后跳本侧断路器[2]。整定计算工作中建议:在整定计算规程允许范围内,保证继电保护选择性、灵敏性、快速性和可靠性的前提下,根据低压侧母线所带负荷性质,灵活运用整定策略,通过减小低压侧母线相间短路时主变低压侧母联及本侧断路器动作时间,适当缩小与线路故障保护时间的级差,避免低压侧断路器动作时间与主变中压侧母联断路器时间一致。

2)2台主变中压侧分列运行。这样,低压侧母线相间故障时,中压侧通过母联断路器300流向低压侧母线的电流回路无法形成,就不存在中压侧母联断路器动作的可能。

3)2台主变三侧分列运行,并加装母联备自投。2台主变并列运行的优点在于当主变T1或T2由于内部故障非电量保护、差动保护动作跳开后,可保证35 kV和10 kV系统在主变未达到过负荷联切定值时均能正常运行。当主变三侧分列运行时,加装负荷侧母联备自投,亦可保证任一主变内部故障动作跳开后,所带负荷不会损失,同时避免变压器低压侧相间故障跳开中压侧母联断路器的可能。

4 结语

整定计算与运行方式相辅相成、相互制约,要优化保护与整定配合,应与系统一次运行方式密切协调,力争满足继电保护和安全自动装置可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求。在不满足以上要求时应合理灵活取舍,这样才能提高电网安全稳定运行水平和供电可靠性。

摘要：通过分析一起110kV变压器低压侧10kV母线相间短路故障对主变压器中压侧后备保护的影响,提出后备保护时间合理配合、改变系统运行方式等应对主变压器低压侧相间故障对中压侧后备保护影响的措施,并通过模拟故障、理论计算验证了其可行性,对电力系统整定计算方案的确定具有参考意义。

关键词：变压器,后备保护,母联断路器,分列运行,整定计算

参考文献

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变压器低压侧保护分析篇3

【关键词】变压器；主保护断路器；脱扣器；整定电流；保护特性

0.引言

变压器作为最主要的电气设备，在民用建筑中经常会遇到变压器相关辅助配电元器件的选择问题，如低压侧主保护断路器，根据实际建筑的不同特征以及变压器的不同特性，在选择的过程中需要再三分析。变压器的相关辅助配电设备的技术参数选择，无疑对整个配电系统有着决定性的影响。在民用建筑的变压器低压侧主保护断路器选择中，经常会选用框架式断路器，并且多采用电子脱扣器。笔者结合自身经验，在讨论民用建筑变压器低压侧主保护断路器的选择问题上，对电子脱扣器的特征进行了重点分析。

1.低压断路器的分类

低压断路器的种类很多，按照结构形式、灭弧介质、用途以及保护性能等不同参数来分，可以有不同的类型：

1.1按结构形式分

按结构形式分，有万能式断路器（又称框架式）、塑料外壳式断路器、微型断路器。

1.2按灭弧介质分

按灭弧介质分，有空气断路器和真空断路器等。

1.3按用途分

按用途分，有配电用断路器、电动机保护用断路器、照明用断路器和漏电保护用断路器。

1.4按保护性能分

按保护性能分，有非选择型（A类）和选择型（B类）两类。非选择型断路器，一般为瞬时动作，只作短路保护用；也有的为长延时动作，只作为负荷保护用。选择型断路器，有两段保护、三段保护和智能化保护。两段保护常用的为瞬时和长延时，或长延时和短延时两段，三段保护为瞬时、短延时与长延时特性三段。其中瞬时和短延时特性适于短路保护，而长延时特性适于过负荷保护。

2.脱扣器的分类

断路器的中心部件即是脱扣器，主要有热脱扣器、电磁脱扣器以及电子脱扣器三种类型。

2.1热脱扣器

热脱扣器也就是过载保护脱扣器。热保护是指电流经过脱扣器时热元件发热（直热式电流直接过双金属片），双金属片受热变形，当变形至一定程度时，打击牵引杆从而带动机构动作切断电路。热脱扣器性能稳定且不受电压波动影响、寿命长，但灵敏度低、不易整定。

2.2电磁脱扣器

电磁脱扣器只提供磁保护，也就是短路保护，其实际上是一个磁回力，当电流足够大时产生的磁场力克服反力弹簧吸合衔铁打击牵引杆从而带动机构动作切断电路。

一般来说，电路中都用热磁脱扣器即复式脱扣器来提供短路和过载保护，只有一些特殊场合用电磁脱扣器提供短路保护，而由其它元件（如热继电器）来提供过载保护。

2.3电子脱扣器

电子脱扣器具备了热脱扣器和电磁脱扣器的所有功能，并可以方便地进行整定。电子脱扣器就是用电子元件构成的电路，检测主电路电流，放大、推动脱扣机构。电子脱扣器的优点是功能完善，可以提供三段甚至四段保护；灵敏度高，动作值比较精确，而且可以调节，整定方便；加装通讯模块后还可以与上位机连接，进行远程控制，基本不受环境温度影响。其缺点就是受电源影响、略易损坏，成本过高，而且国货可靠性不高。

3.电子脱扣器的常用保护特性及附件

（1）长延时保护Ⅰzd1：作过载保护其动作时间可以不小于10秒钟。

（2）短延时保护Ⅰzd2：动作时间约为0.1～0.4秒，短延时脱扣器可作短路保护，也可作过载保护。

（3）瞬时保护Ⅰzd3：用作短路保护，此种特性的过电流保护通常能无选择性地迅速切除短路故障，其动作时间约为0.02秒。

（4）三段保护特性：同时具有长延时、短延时及瞬时保护，是较完整的保护方式。

（5）根据需要还可以组合成二段保护（瞬时脱扣加长延时脱扣，或者短延时脱扣加长延时脱扣），也可有一段保护（瞬时脱扣或长延时脱扣）。

还可实现其他功能特性，如欠电压，分励，过电压脱扣等。变压器低压侧主保护断路器通常不设瞬时跳闸保护，以保证系统的选择性。

变压器低压侧主保护断路器的脱扣器电流按何种方法来确定一直有很多不同做法。在一些设计中，有通过计算低压侧所带负荷的计算电流来整定主断路器的情况，这时整定脱扣器的电流可能大于或小于变压器低压侧额定电流。当大于时，必然造成变压器过负荷，长时间过载运行，影响变压器的使用寿命并带来危险隐患；小于变压器低压侧额定电流时，如果变压器处于正常工作状态运行在合理负载率范围还好，但通常成双配备的变压器组中一台维修或损坏时，另一台变压器的负载率通常会升高很多，运行变压器的容量就得不到充分利用，降低了变压器的使用效率，完全没有发挥出其真正的运行能力。因此，使变压器低压侧断路器的过负荷整定值与变压器允许的过负荷值相适应才可以，具体做法参考如下：

（1）变压器低压侧主保护长延时过电流脱扣器的整定电流Ⅰzd1。

Ⅰzd1≈K1Ⅰn，K1=1.1，可靠系数

Ⅰn 变压器低压侧额定电流

（2）变压器低压侧主保护短延时过电流脱扣器的整定电流Ⅰzd2

Ⅰzd2≈m K2Ⅰn ，K2=1.3可靠系数m过电流倍数，取3～5

保护时间可取0.2～0.4S，视实际情况选择。

（3）变压器低压侧主保护瞬时过电流脱扣器的整定电流Ⅰzd3

Ⅰzd3>=10Ⅰzd1，我们取1600KVA变压器为例，1600KVA变压器的低压侧额定电流Ⅰn为2309A，Ⅰzd1≈1.1Ⅰn≈2540A 断路器的额定电流要选取3200A，长延时调整为2560A（参考MT32，Micrologic控制单元，3200x0.8档，整定电流级差不同品牌各有不同），Ⅰzd2≈m K2Ⅰn≈4x1.3x2309≈12KA。考虑系统的选择性不设瞬时保护，1600KVA变压器低压出口处短路电流为38.4KA，断路器分断能力应取50KA.，再按实际所接负荷校核上下级选择性。

4.小结

综上所述，变压器对于民用建筑的用电设施具有至关重要的作用。安全性和可靠性是变压器运行的首要条件，只有保证居民用电的安全，才能够在此基础上发挥变压器的重要作用，从而为居民的生活提供更多的便利性。

然而，变压器主断路器的选择是一系列复杂的计算，以上仅讨论了其中的一个方面，还有相关其他参数的确定和校核，在设计中设计人员需要多方比较权衡。本文分析了变压器主断路器的主要特征，实践证明，按变压器额定电流选择主断路器容量在所接负荷变化时能够满足负载要求，并且还起到了保护变压器的作用，在具体的使用过程中，变压器容量也得到了合理的利用。由此可知，在后续民用建设中，变压器应该在选择合理方法的基础上，充分发挥其有效参数，以此来保证供电的可靠性和安全性。

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